Способ измерения коэффициента усиления зеркальной антенны

 

Изобретение относится к антенным измерениям, в частности к измерениям коэффициента усиления зеркальных антенн. Сущность изобретения заключается в фокусировке зеркальной антенны в зону Френеля путем установки перед облучателем диэлектрической линзы и использовании относительного метода измерений коэффициента усиления. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к антенным измерениям.

Известны способы определения коэффициента усиления зеркальных антенн методом абсолютных изменений (1, с. 93), включающие измерение мощности на входе приемной антенны (Р₂) и определение коэффициента усиления (КУ) из соотношения: , где R расстояние между приемной и передающей антеннами, λ рабочая длина волны, Р₁ мощность СВЧ сигнала на входе передающей антенны.

Однако такие способы измерений имеют низкую точность вследствие отражений от земной поверхности, так как измерения производятся на открытых антенных полигонах.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является способ, описанный в (1, с. 99). Способ предполагает относительный метод измерений КУ и включает измерение мощности излучения испытуемой (Р_а) и эталонной (Р_э) зеркальных антенн и определение КУ испытуемой антенны (КУ_а) из соотношения: КУ_а КУ_э·/P_a/P_э/, где КУ_э КУ эталонной антенны.

Недостатком такого способа измерений является низкая точность вследствие отражений от земли.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что зеркальные антенны фокусируют в зону Френеля путем установки перед их облучателями диэлектрической линзы и измеряют мощность излучения на расстоянии R₂ от раскрыва зеркальной антенны, которое определяют из соотношения: 1/R₂ 1/(R₁ + d_зл) 1/f_з, где R₁ R₀f_л/(f_л - R₀), R₀ расстояние от центра диэлектрической линзы до фокуса зеркальной антенны, f_л фокусное расстояние, диэлектрической линзы, f_з фокусное расстояние зеркальной антенны, d_зл расстояние от апертуры зеркальной антенны до центра диэлектрической линзы.

На чертеже приведена структурная схема устройства, реализующего способ изменения коэффициента усиления зеркальной антенны.

Устройство содержит зеркальную параболическую антенну 1, облучатель 2, фазовый центр которого совмещен с фокусом (f_з) зеркальной антенны 1. Диэлектрическая линза 3 с фокусным расстоянием f_л установлена перед облучателем 2. На чертеже расстояние от раскрыва зеркальной антенны 1 до точки В, в которой фокусируется излучение и производится измерение мощности излученного сигнала, обозначено R₂. Через R₀ обозначено расстояние от центра диэлектрической линзы (точка O') до фокуса зеркальной антенны (точка О), а через d_зл обозначено расстояние от апертуры зеркальной антенны 1 до центра линзы (точка О'). Лучи, выходящие от фокуса зеркальной антенны, обозначены как ОАВ и ОСВ.

Способ реализуется следующим образом.

Известно, что параболическое зеркало преобразует сферическую волну одного радиуса в сферическую волну другого радиуса. Так, если расположить облучатель зеркала на расстоянии меньшем чем 2f_з, но большим, чем f_з, то в рамках теории геометрической оптики все лучи, отраженные от зеркала сфокусируются в точку R₂. Для выполнения условия перефокусировки лучей, т. е. смещения фазового центра облучателя на отрезок Of_л (см. чертеж), используется линза, которая также является устройством, преобразующим сферическую волну одного радиуса в сферическую волну другого радиуса. Для двояковыпуклой линзы ее фокусное расстояние f_л определяется из соотношения 1/f_л (n 1)·(1/R' + 1/R"), где n показатель преломления диэлектрической линзы n > 1, R', R" радиусы кривизны первой и второй выпуклых по поверхностей линзы. При этом радиус R₁ сферического фронта волны, проходящей через линзу, определяется так: 1/R₁ 1/R₀ 1/f_л, т. е. R₁ R₀f_л·1/(f_л R₀), где R₀ расстояние от центра линзы до фокуса зеркальной антенны. В свою очередь, радиус сферической волны, отраженной от зеркала, будет отрицательным, что свидетельствует о сходимости лучей в точке В (см. чертеж). При этом радиус сферической волны можно определить из соотношения: 1/R₂ 1/(R₁ + d_зл) 1/f_з. Изменение величины R₁ на R₁ + d_зл связано с переходом в новую систему координат XOZ, определяемую размещением зеркала относительно диэлектрической линзы. Естественно необходимо учесть, чтобы все лучи, отраженные от зеркала, фокусировались в точке В. Поэтому диаметр линзы 3 должен быть таким, чтобы угол раскрыва линзы относительно фокуса зеркала (f_з) был больше угла раскрыва зеркальной антенны. Таким образом, фокусировка всех лучей зеркальной антенны 1 позволит упростить процедуру измерений КУ и повысить их точность, так как при этом отпадает необходимость измерений в дальней зоне антенны, где основным источником ошибок измерений являются отражения от земли. Измерения, проведенные в одной точке В измерительным зондом для эталонной и испытуемой антенн, позволяют, используя относительный метод измерений, рассчитать КУ испытуемой антенны без применения дорогостоящего измерительного оборудования и радиопоглощающего материала, устраняющего отражения от земли.

Технико-экономическая эффективность заявленного способа заключается в том, что он позволяет повысить точность измерений КУ без применения дорогостоящих безэховых камер и радиопоглощающих покрытий. Все это позволяет считать заявленное техническое решение более эффективным при антенных измерениях на открытых антенных полигонах.

Формула изобретения

Способ измерения коэффициента усиления зеркальной антенны, включающий измерение мощности P_а, P_э, излучения испытуемой и эталонной зеркальных антенн соответственно и определение коэффициента усиления К_уа испытуемой антенны из соотношения K_уа K_уэ·(P_а/Р_э), где K_уэ коэффициент усиления эталонной зеркальной антенны, отличающийся тем, что перед измерением испытуемую и эталонную зеркальные антенны фокусируют в зону Френеля путем установки перед их облучателями диэлектрической линзы, а измерение мощности излучения производят на расстоянии R₂ от раскрыва зеркальной антенны, которое определяется из соотношения 1/R₂ 1/(R₁ + d_зл) 1/f_з, где R₁ R₀f_л/(f_л R₀); R₀ расстояние от центра диэлектрической линзы до фокуса зеркальной антенны; f_л фокусное распиление диэлектрической линзы; f_з фокусное расстояние зеркальной антенны;
d_зл расстояние от апертуры зеркальной антенны до центра диэлектрической линзы.

РИСУНКИ

Рисунок 1